超聲波在染整加工中的應用

超聲波在染整加工中的應用

1雙側(cè)機關(guān)機械系統(tǒng)整體布局世界科學和技術(shù)正在快速發(fā)展。這些學科的相互交叉和相互滲透日益頻繁，呈現(xiàn)出一種繁榮的狀態(tài)。紡織業(yè)也逐步向著高新技術(shù)方向快步邁進,并正在逐步實現(xiàn)電子計算機控制的自動化?，F(xiàn)代化學、生物化學及計算機科學在染整技術(shù)的發(fā)展中起了積極的作用,為了縮短加工時間,節(jié)省能源,同時保持甚至提高產(chǎn)品質(zhì)量,近代物理技術(shù)如:等離子技術(shù)、微波技術(shù)、電子束技術(shù)、輻射技術(shù)及激光技術(shù)、電磁場技術(shù)等也滲入到了染整加工的各個方面,其中超聲波技術(shù)以其方便、迅速、有效、安全而尤為引人注目。2聲化學反應分類超聲波是人耳聽覺無法感知的振動波,通常把頻率在2×104-2×109Hz的聲波叫超聲波,把頻率大于109Hz的稱為特超聲波或微波超聲波。超聲波與電磁波相似,可以被聚集、反射和折射,但在傳播時需要有彈性介質(zhì)。超聲波作為一種波動形式可以以橫波在固體、液體、氣體中傳播或在液體、氣體中以縱波方式傳播。聲化學,是指利用超聲波加速化學反應或啟通新的反應通道,提高化學產(chǎn)率或獲取新的化學反應物的新興交叉學科。聲化學反應不是來自聲波與物質(zhì)的直接作用,因為在液體中常用的聲波波長為10cm-0.015cm(15KHz-10MHz),遠大于分子的尺寸。聲能量與物質(zhì)相互作用的機制主要源于聲空化,即液體中空腔的形成、振蕩、生長收縮以至崩潰,及其引發(fā)的物理化學變化。液體聲空化的過程是集中聲場的能量并迅速釋放的過程。當空化氣泡崩滅時,發(fā)生一個極短暫的強壓力脈沖,在崩滅點處形成壽命極短的局部熱點,極短時間內(nèi)在空化泡周圍的極小空間里,產(chǎn)生5000K以上的溫度和大約5×107Pa的高壓,溫度變化率高達109K/s,并伴生強烈沖擊和時速達400Km的射流以及放電發(fā)光等瞬間過程,這足以打開結(jié)合力強的化學鍵(90-100Kcal/mol),并促進:“水相燃燒”,為促進和啟通化學反應造成極端的物理環(huán)境?？栈饔檬芤后w粘滯系數(shù)、表現(xiàn)張力、蒸汽壓、溫度、聲波的頻率和強度以及環(huán)境壓力等影響。為有效地產(chǎn)生空化作用,使超聲化學益處得到充分發(fā)揮,液體中聲化學反應的超聲頻率一般應選在20KHz-50KHz之間,并采用較低的溫度(45-50℃),盡可能低的蒸汽壓。當我們強調(diào)聲空化是聲化學反應的主動力時,還必須注意到聲波機械效應(如傳聲媒質(zhì)的質(zhì)點振動位移、速度、加速度及聲壓等力學量)和熱效應(聲波在傳播過程中其部分能量被媒質(zhì)吸收變成熱能)對聲化學反應的貢獻。3超聲波去除印花前處理的應用3.1超聲波退漿采用超聲波研究紡織用淀粉上漿和退漿表明,與一般的淀粉上漿和退漿相比,使用降解淀粉上漿后再用超聲波退漿可以節(jié)約許多能量。valu等人在其關(guān)于織物超聲波退漿的研究中也發(fā)現(xiàn)化學藥劑和能量的節(jié)約現(xiàn)象。使用超聲波退漿,可減輕纖維的降解,紡織物的白度與潤濕性與傳統(tǒng)退漿方法相同。在退漿過程中,超聲波空化作用而引起的分散作用可以使大分子之間產(chǎn)生分離,促進漿料與纖維的粘著變松;而超聲引起的乳化作用可以使去除的漿料溶解性能提高,使其具有較好的退漿效果。由于超聲波的吸熱效應可以使反應保持在一定的溫度為反應提供能量從而節(jié)省了其它能量。3.2超聲除棉技術(shù)在中性或很弱的堿性浴中精練羊毛纖維與傳統(tǒng)精練羊毛相比,其纖維損傷較小。另有報道稱,使用超聲波精練羊毛,纖維性質(zhì)有所改變,操作速度也有所提高,最近有報道稱,利用超聲波洗毛可以降低洗毛溫度,縮短時間,降低凈洗劑用量,且在一定條件下,不用凈洗劑或溫度低于羊毛脂熔點仍可達到洗凈毛質(zhì)量要求;利用超聲波洗毛所得洗凈毛的蓬松性好,羊毛纖維之間不發(fā)生糾纏,白度高,洗凈毛中幾乎無細小雜質(zhì);超聲作用后,羊毛鱗片變鈍變光,降低了羊毛纖維摩擦效應,且作用時間越長,降低的幅度越大,從而改善羊毛纖維的氈縮性;由于超聲波對于羊毛纖維的蝕刻作用,羊毛纖維細度更趨集中,長時間作用會使羊毛纖維直徑明顯變小,斷裂伸長增加,但對羊毛纖維強力無明顯損傷。超聲波對苧麻原麻中的膠質(zhì)成份有分散作用,且隨頻率、功率不同分散效果不同。超聲波脫膠比預酸處理效果好,且作用時間短,可采用流水線處理工藝。絹紡原料精練中,超聲波的除油、除膠效果明顯比常規(guī)處理好,尤其對含油較高的原料,其處理效果尤其好,不僅不用進腐化缸,且不用高溫,高pH值和長時間;在除膠保油的同時,對纖維損傷小,可根據(jù)不同的要求,保住不同程度的膠質(zhì),且通過超聲波處理過的原料,白度高纖維松散,易與蠶蛹分離。超聲波在煮練工藝中的作用主要是源于空化作用而引起的彌散作用、乳化作用、洗滌作用以及解聚等作用。超聲空化作用使粘附在纖維上的污物表面張力降低,因此在各個表面上和低凹處起著清潔作用,同時空化作用使污物和油垢得以乳化,協(xié)助清除油垢和污物。超聲波的分散作用使麻的膠質(zhì)與纖維分開,再利用超聲解聚作用使膠質(zhì)去除;超聲波還可加速絲膠溶解,使纖維充分分散。3.3超聲處理或煮沸法safonov采用超聲波對棉織物進行雙氧水漂白,觀察到漂白速度提高,漂白時間縮短,織物的白度也優(yōu)于傳統(tǒng)的漂白方法。另有報道稱,在超聲波環(huán)境下用雙氧水漂白棉織物處理1小時的雙氧水消耗比用冷法(16小時)的高,但與煮沸法(2.5小時)相近,總效果顯著地比冷法大,與常規(guī)法相似,但超聲波處理無額外的能量、時間短,處理的織物吸水性與常規(guī)法一樣好。同時,用超聲波處理后的漂白棉織物對于直接染料、活性染料的上染率是很有效的,對于活性染料染色時纖維—染料的共價鍵形成是良好的、穩(wěn)定的。有關(guān)超聲波對亞麻加工影響的研究表明,與傳統(tǒng)練漂的亞麻纖維比較,纖維白度得到提高。超聲波的空化作用可以使藥劑與纖維充分接觸,一方面超聲波作用于纖維使纖維內(nèi)部的比表面積加大,從而增大了纖維吸附化學藥劑的比表面積,提高反應速率;另一方面超聲波的空化作用可有助于破壞發(fā)色體系,從而起到消色的作用。4超聲波加工技術(shù)4.1超聲波在前處理操作中的運用,其目的是從纖維表面去除天然的和外來的如塵埃污物雜質(zhì),在這些過程中超聲波的使用都會提高處理速度。超聲波在前處理過程中的應用可歸納為:彌散作用、乳化作用、洗滌作用以及加聚、解聚等作用,要精確地解釋超聲波是如何促進反應過程的是困難的,一般說來,對過程的改進量來自于空穴作用,也可以籠統(tǒng)地解釋為:超聲波的有效作用是在合適的化學環(huán)境的存在下獲得的。4.2超聲波輻射可以在較低的溫度下進行,反應溫和,有利于生產(chǎn)。過去六十年的研究